1.5 Газовий захист

Газовий захист призначений для захисту силових трансформаторів із масляним заповненням, які мають розширювачі, від усіх видів внутрішніх ушкоджень, що супроводжуються виділенням газу, прискореним протіканням масла з бака в розширювач, а також від витікання масла з бака трансформатора.

Газовий захист є дуже чутливим. При серйозних ушкодженнях трансформатора газовий захист діє миттєво: 0,1...0,2 с (при швидкості потоку масла не менше ніж на 25% вище уставки). Завдяки цим перевагам газовий захист (реле РЗТ-80) обов'язково встановлюється на всіх трансформаторах потужністю 6,3 МВА і більше, а також на всіх внутрішніх цехових понижувальних трансформаторах, починаючи з потужності 630 кВА. Допускається монтаж газового захисту і на трансформаторах від 1 до 4 МВА. На трансформаторах з РПН додатково передбачається окремий газовий захист пристрою РПН (реле РЗТ-24)[1].

У комплекті газового реле РЗТ-80 [2] є три різні пластини, кожна з яких відкалібрована на відповідну швидкість потоку масла (уставку): 0,6; 0,9; 1,2 м/с. Уставка 0,6 м/с рекомендується для трансформаторів потужністю до 40 МВА (система охолодження М і Д). Уставка 0,9 м/с і - для трансформаторів понад 40 МВА з дуттям (Д). Уставка 1,2 м/с - для трансформаторів будь-якої потужності (Ц і ДЦ).

1.6 Максимальний струмовий захист від зовнішніх кз

Максимальний струмовий захист (м.с.з.) спрацьовує при збільшенні струму елемента, який захищається, понад установлений струм спрацювання (уставки). На понижувальних трансформаторах фактично

будь-якої потужності м.с.з. встановлюється в обов'язковому порядку як основний або резервний [1].

На трансформаторах потужністю меншою від 1 МВА м.с.з. є основним захистом від струмів, обумовлених КЗ у трансформаторі, оскільки на цих трансформаторах часто не встановлюються диференційний і газовий захисти, а струмова відсічка (якщо вона встановлюється) захищає тільки частину витків трансформатора. Крім того, м.с.з. є основним захистом шин нижньої напруги, а також резервним захистом для елементів мережі нижньої напруги.

На трансформаторах потужністю 1 МВА і вище м.с.з. встановлюється як основний захист при КЗ на шинах нижньої і середньої напруг і як резервний - при КЗ на елементах мережі, які відходять (нижньої і середньої напруг). При цьому передбачається, що на трансформаторі є диференційний і газовий захист або один з них.

На понижувальних трансформаторах м.с.з. завжди встановлюється з боку основного живлення, а на багатооб'ємних трансформаторах (крім того) - на сторонах нижньої і середньої напруг.

Для виконання м.с.з. можуть використовуватися максимальні реле струму різних конструкцій: електромагнітні, індукційні і статичні. М.с.з. з обмежено залежною характеристикою застосовується тільки на трансформаторах невеликої потужності з вищою напругою 6 або 10 кВ (іноді 35 кВ) із використанням реле типу РТВ або РТ-80. На трансформаторах із вищою напругою 35, 110, 220 кВ м.с.з. виконується з незалежною характеристикою і, як правило, на реле типу РТ-40. Схеми увімкнення струмових реле м.с.з. трансформаторів вибираються таким чином, щоб забезпечити найбільшу чутливість захисту при всіх видах зовнішніх КЗ, тобто при КЗ на сторонах НН і СН.

Схема неповної зірки є типовою для понижувальних трансформаторів 6 або 10 кВ і схемами з'єднання обмоток У/Уо або Д/Уо, а також для трансформаторів 35 кВ, не обладнаних диференційним захистом. Схема неповної зірки виконується з трьома реле на трансформаторах із з'єднанням обмоток У/Д и Д/Уо і з двома реле - на трансформаторах У/Уо, але за умови, що є спеціальний струмовий захист нульової послідовності від КЗ на землю на стороні НН.

Схема з'єднання ТС у трикутник, а реле в зірку, скорочено називається схемою трикутника, є типовою для трансформаторів із з'єднанням обмоток Уо/Д, Уо/У/Д, Уо/Д/У, Уо/Д-Д тощо. Схема трикутника з трьома реле застосовується на триобмоткових трансформаторах зі схемами з'єднання обмоток Уо/У/Д і Уо/Д/У, а з двома реле - на двообмоткових трансформаторах зі схемою з'єднання Уо/Д і на трансформаторах з розщепленою обмоткою НН Уо/Д-Д.

Трирелейна схема трикутника в деяких, досить рідких випадках, може знадобитися і для трансформаторів У/Д при невеликих значеннях струму та двофазному КЗ на стороні ВН і коли дворелейна схема не забезпечує необхідного коефіцієнта чутливості захисту.

Схема увімкнення одного реле на різницю струмів двох фаз для м.с.з. трансформаторів не застосовується, тому що при одному з двофазних КЗ за трансформатором У/Д або Д/У і має меншу в 1,73 раз чутливість, ніж схема неповної зірки з трьома реле при двофазному КЗ у місці монтажу захисту і за трансформаторами зі схемою з'єднання обмоток У/У.

Витримка часу в сучасних м.с.з. здійснюється за допомогою електромеханічних або напівпровідникових реле часу. На постійному оперативному струмі використовуються електромагнітні реле часу з годинниковим механізмом серій ЭВ-100 і РВ-100. На змінному оперативному струмі використовуються реле часу типу РВМ-12 і РВМ-13 [2].

Розрахунок параметрів спрацювання (уставок) м.с.з. залежить від вибору:

- струму спрацювання захисту (первинного);

- струму спрацювання реле для прийнятої схеми їх монтажу;

- часу спрацювання захисту з незалежною характеристикою або у виборі характеристики спрацювання струмових реле для захисту з залежною характеристикою.

Крім того, виконується розрахункова перевірка ТС. Уставки за струмом м.с.з. повинні забезпечувати:

- неспрацювання захисту на відключення при післяаварійних перевантаженнях;

- узгодження дії (за струмом і за часом) з захистами ліній, які живлять підстанцію, або відходять від підстанції;

- необхідну чутливість при усіх видах КЗ в основній зоні й у зоні резервування.

Для відлагодження (забезпечення неспрацювання) захисту при післяаварійних перевантаженнях необхідно вибрати його струм спрацювання більшим, ніж можливий струм самозапуску електродвигунів, які живляться від трансформатора, а також більшим, ніж можливий струм перевантаження при відключенні паралельно працюючого трансформатора чи при дії автоматичного введення резерву (АВР), в результаті якого до працюючого під навантаженням трансформатора підключається додаткове навантаження.

Для відлагодження від самозапуску електродвигунів струм спрацювання захисту:

, (1.22)

де - коефіцієнт відлагодження (для реле РТ-40, РТ-80, РТ-90 приймається рівним 1,1...1,2; для реле РТВ - 1,2...1,4);

- коефіцієнт самозапуску, який представляє відношення струму при самозапуску електродвигунів до перед аварійного робочого струму;

- максимальний робочий струм (струм навантаження) силового трансформатора, з урахуванням припустимого тривалого перевантаження в аварійних умовах дорівнює (1.3...1.4) ;

- коефіцієнт повернення реле (для реле РТ-40, РТ-80, РТ-90 дорівнює 0,8, а для реле РТВ - 0,6 ... 0,7).

Для відлагодження струму спрацювання захисту від струму перевантаження при дії АВР трансформаторів, (в результаті чого до працюючого під навантаженням Н₁ трансформатора Тр1 під’єднується гальмівне навантаження Н₂ трансформатора Тр2, що вимкнувся,) струм спрацювання м.с.з. Тр1 повинний вибиратися за виразом:

, (1.23)

де - коефіцієнт відлагодження, який враховує зростання струму через трансформатор Т_р1 у зв’язку із зниженням напруги на шинах НН, при підключенні до нього після АВР загальмованих двигунів, які раніше отримували живлення від трансформатора Тр2, (приймаються рівним 1,5...1,6); інші позначення такі ж, як у (1.22). При цьому коефіцієнт враховується тільки при навантаженні, яке, в основному, складається з електродвигунів, що беруть участь у самозапуску.

Чутливість м.с.з. оцінюється коефіцієнтом чутливості за виразом (1.9). Найменше значення струму в реле визначається за мінімальним значенням первинного струму КЗ за трансформатором, з урахуванням схеми вмикання струмових реле захисту, за видом КЗ і коефіцієнта трансформації ТС.

Струм спрацювання реле визначається за виразом (1.8), в який підставляться найбільше значення , отримане за умов (1.22) і (1.23), а також за умови узгодження чутливості з попередніми захистами.

Значення коефіцієнта чутливості для всіх м.с.з. повинні бути приблизно 1,5 - при КЗ на сторонах НН і СН трансформаторів (в основній зоні) і, приблизно, 1,2 - при КЗ у зоні резервування. Виняток складає м.с.з. трансформаторів з нижньою напругою 0,23...0,4 кВ, для якої необхідно забезпечити [1]. Якщо основної зони виявляється меншим від зазначеного значення, то м.с.з. доповнюється пусковим органом напруги [2, 6-8].

Застосування пускового органа напруги дозволяє не відлагоджувати струму спрацювання м.с.з. від струмів самозапуску і перевантаження, тобто, не враховувати коефіцієнта у виразі (1.22), а умову (1.23) взагалі не використовувати. Для сучасних м.с.з. з електромеханічними реле, які мають пуск за напругою, струм спрацювання може прийматися без спеціального розрахунку, рівним 1,5· . Таким чином, пуск за напругою робить м.с.з. більш чутливим до КЗ на шинах НН (СН) і до КЗ у мережі, тобто, в основній зоні й у зоні резервування. Тому пусковий орган напруги встановлюється практично на всіх понижувальних трансформаторах 110...220 кВ, а також на трансформаторах 35 кВ, які живлять рухоме навантаження (електродвигуни). За останні роки пуск за напругою застосовується і для захистів трансформаторів 6-10 кВ, що живлять асинхронні електродвигуни, які приймають участь у самозапуску.

Пуск за напругою здійснюється головним чином за допомогою комбінованого пускового органа, виконаного з одним мінімальним реле напруги (типу РН-50), увімкненим на міжфазну напругу, і одним фільтром - реле напруги зворотної послідовності U₂ (тип РНФ-1М). Це реле розриває своїм контактом коло обмотки мінімального реле струму [1].

Умови розрахунку параметрів спрацювання (уставок) пускових органів напруги і приклади розрахунку приведені в [4].

Час спрацювання захисту t_сз вибирається при врахуванні наступних умов:

забезпечення нагрівостійкості трансформатора, для цього t_сз не повинно перевищувати припустимих значень, зазначених у [2];

забезпечення селективності з захистами попередніх і наступних елементів.

За умовою селективності для захистів з незалежними характеристиками час спрацювання захисту наступної ділянки:

(1.24)

де - час спрацьовування попереднього захисту;

- ступінь селективності, значення якої знаходяться в межах 0,4...6 с для сучасних електромеханічних реле часу.

Для захистів з залежною характеристикою час спрацьовування залежить від струму. Тому ступінь селективності повинна вибиратися при визначеному значенні струму:

- при узгодженні наступного (першого) і попереднього (другого) захистів з залежними характеристиками - при максимальному значенні струму КЗ на початку попередньої ділянки;

- при узгодженні наступного захисту (першого ступеня) з незалежною характеристикою і попереднім захистом (другого) з залежною характеристикою - при струмі спрацювання наступного захисту .

Вибір і узгодження часу спрацювання і характеристик залежних захистів здійснюється шляхом побудови карти селективності [2, 6].